China OEM NMRV030-150 Schneckengetriebe mit Abtriebsflansch für die Leichtindustrie (Planetengetriebe vs. Stirnradgetriebe)

Stirnradgetriebe

Der Einsatz eines Stirnradgetriebes kann die Genauigkeit einer Maschine deutlich verbessern und die Auswirkungen von Vibrationen und Stößen der Wellenachse reduzieren. Ein Getriebe ist ein kreisförmiges Maschinenteil mit ineinandergreifenden Zähnen. Die Zähne sind gefräst oder eingesetzt und dienen der Übertragung von Drehzahl und Drehmoment.

Gleiten

Unter den vielen Getriebearten ist das Schrägverzahnungsgetriebe das am häufigsten verwendete. Dies liegt daran, dass es über einen Gleitkontakt verfügt. Der Kontakt zwischen zwei Zahnradzähnen beginnt am Anfang eines Zahns und schreitet mit der Drehung des Zahnrads zu einem Linienkontakt fort.
Schrägverzahnte Zahnräder sind zylindrische Zahnräder, deren Zähne schräg zur Achse verlaufen. Durch diesen Winkel wird die Drehzahlumkehr an der Wälzlinie aufgrund der Gleitreibung erfasst. Dies führt zu einem deutlich ruhigeren Lauf und geringerem Verschleiß. Darüber hinaus ist das Schrägverzahnungsgetriebe langlebiger und leiser als andere Getriebearten.
Schrägverzahnte Zahnräder werden in zwei Kategorien unterteilt. Die erste Gruppe umfasst schrägverzahnte Zahnräder mit gekreuzten Achsen, die häufig in Verteiler- oder Ölpumpenwellen von Automobilmotoren eingesetzt werden. Die zweite Gruppe umfasst schrägverzahnte Zahnräder ohne Schrägungswinkel, die keine Axialkräfte erzeugen. Sie erzeugen jedoch Wärme, was zu Wirkungsgradverlusten führt.
Die Konfiguration von Schrägverzahnungsgetrieben ist oft kompliziert, was zu höheren Betriebskosten führt. Außerdem weist die Schrägverzahnungsgetriebekonfiguration nicht dasselbe Drehmoment/$-Verhältnis wie Planetengetriebe mit Null-Schrägwinkel auf.
Bei der Konstruktion von Zahnrädern ist es wichtig, die Auswirkungen des Zahnflankenschlupfs zu berücksichtigen. Schlupf kann zu Reibung führen, was wiederum Kraftverluste verursachen kann. Außerdem führt er zu einer ungleichmäßigen Lastverteilung, wodurch die Belastbarkeit des Planetengetriebes sinkt.
Zudem wird die Eingriffssteifigkeit von Schrägverzahnungen in der Forschung häufig vernachlässigt. Es wurde ein analytisches Modell zur Berechnung der Eingriffssteifigkeit von Schrägverzahnungen vorgeschlagen.

Axiale Schubkräfte

Für die Aufnahme axialer Schubkräfte in Stirnradgetrieben stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Die naheliegendste ist der Einsatz eines Doppelstirnrads, um die Kraftkomponente auszugleichen. Alternativ kann ein Axiallager mit geringerer Tragfähigkeit verwendet werden. Dieses dient dann als Verschleißteil.
Um eine Kraft zu übertragen, muss diese entlang der Kontaktlinie verteilt werden. Die Kraft setzt sich aus tangentialen, radialen und axialen Komponenten zusammen. Alle diese Komponenten müssen von der Kraftquelle zum Abtriebspunkt übertragen werden. Dies ist ein komplexer Prozess, der den Einsatz von Zahnrädern erfordert.
Die axiale Kraftkomponente muss über die Zahnräder übertragen werden. Die resultierende Kraft wird dann in orthogonale Komponenten und anschließend in die Schubrichtungen aufgeteilt. Die radiale Kraftkomponente wirkt vom Kontaktpunkt zum Mittelpunkt des angetriebenen Zahnrads.
Die axiale Kraftkomponente wird auch durch den Teilkreisdurchmesser des Zahnrads bestimmt. Ein größerer Teilkreisdurchmesser führt zu einem höheren Lagermoment. Ebenso bewirkt ein größeres Übersetzungsverhältnis eine höhere Drehmomentübertragung.
Es ist zu beachten, dass die axiale Kraftkomponente nur einen kleinen Teil der Gesamtkraft ausmacht. Die Normalkraft verteilt sich entlang der Kontaktlinie.
Das Doppelhelixrad ist keine exakte Kopie des Pfeilzahnrads. Es besteht aus zwei gleich großen Hälften und kann synonym mit diesem verwendet werden. Auch der Schrägungswinkel ist identisch.

Verringerte Belastung der Wellenachse

Durch die Vergrößerung des Schrägungswinkels eines Zahnradpaares lassen sich Resonanzeffekte auf die Wellenachse eines Schrägverzahnungsgetriebes verringern. Dies reduziert jedoch nicht die Gesamtschwingungen im Getriebe, sondern erhöht sie sogar. Dies kann zu schwerwiegenden Materialermüdungsschäden im Antriebsstrang führen.
Dies liegt daran, dass der Steigungswinkel die Kontaktlinie zwischen zwei Zähnen beeinflusst. Mit zunehmendem Steigungswinkel verringert sich die Länge der Kontaktlinie. Darüber hinaus wirkt er sich auf die Normalkraft und die Krümmungsradien der Zähne aus. Auch der Eingriffswinkel beeinflusst die Krümmungsradien.
Schrägverzahnte Zahnräder bieten gegenüber Stirnrädern mehrere Vorteile. Dazu gehören geringere Vibrationen, verbesserte NVH-Eigenschaften (Geräusche, Vibrationen und Rauheit) sowie ein ruhiger Lauf auch unter hoher Belastung. Sie weisen zudem eine höhere Drehmomentübertragung auf. Allerdings erzeugen sie eine höhere Reibung und erfordern spezielle Verfahren zur Steuerung ihrer Schubkräfte.
Der erste Schritt zur Reduzierung von Resonanzeffekten besteht in der Regulierung der Eingriffsfrequenz der Schrägverzahnung. Dies kann durch Variieren der Verstellfaktoren im Zahnrad erfolgen. Sind die Verstellfaktoren zu groß, treten Resonanzeffekte auf. Auch der Schrägungswinkel wird durch die Verstellfaktoren beeinflusst. Daher ist es wichtig, die Geometrie des Zahnrads zu kontrollieren, um Resonanzeffekte zu minimieren.
Anschließend werden die Auswirkungen der Stegstruktur und der Felgendicke auf die Zahnfußspannung untersucht. Diese werden mittels Dehnungsmessstreifen gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass die maximale Zahnfußspannung bei Erreichen der ungünstigsten Eingriffsposition auftritt.

Leiserer Betrieb

Im Vergleich zu Stirnrädern laufen Schrägverzahnungen deutlich leiser. Dies liegt an ihren größeren Zähnen. Darüber hinaus weisen sie eine höhere Tragfähigkeit auf. Sie laufen außerdem ruhiger und ermöglichen höhere Drehzahlen. Schrägverzahnungen sind auch eine gute Alternative zu Stirnrädern.
Der wichtigste Parameter zur Geräuschreduzierung ist das Eingriffsverhältnis der Zahnräder. Es liegt zwischen unter 1 und über 10 und wird durch die Anzahl der Zähne bestimmt, die eine parallele Wellenlinie im Markkreis schneiden. Es ist auch ein guter Indikator für die Geräuschreduzierung, die Schrägverzahnungen bieten.
Darüber hinaus weisen Schrägverzahnungen eine geringere Impulsbiegung auf als Stirnräder. Dies liegt daran, dass der Kontaktpunkt entlang der Schrägfläche jedes Zahns gleitet. Dadurch wird die innere Dämpfung des Verzahnungssystems erhöht.
Schrägverzahnte Zahnräder sind zwar leiser als Stirnräder, weisen aber einen höheren Verschleiß auf. Dies kann die Leistung des Zahnrads beeinträchtigen. Die Oberflächenglätte der Zähne lässt sich jedoch durch Schleifen verbessern. Auch der Betrieb der Zahnräder in Öl trägt zur Verbesserung der Oberflächenglätte bei.
Schrägverzahnte Zahnräder finden in vielen Branchen Anwendung. Beispielsweise werden sie in der Automobilindustrie für Getriebe verwendet. Auch in der Landwirtschaft kommen sie zum Einsatz. Häufig werden sie in schweren Lkw verbaut.
Schrägverzahnte Zahnräder erzeugen zudem weniger Wärme und sind leiser als andere Zahnräder. Sie ermöglichen außerdem die parallele Kraftübertragung zwischen parallelen oder nicht parallelen Wellen.

Verbesserte Genauigkeit

Die Erhöhung der Genauigkeit eines Stirnradgetriebes ist entscheidend für dessen Funktion und Zuverlässigkeit. Die Genauigkeit des Getriebes hängt von verschiedenen Faktoren ab. Zu den wichtigsten zählen das Profil und die Steigung. Darüber hinaus müssen die Leistungsanforderungen des Getriebes berücksichtigt werden.
Das Profil ist das empfindlichste Merkmal eines Schrägverzahnungsrades. Ist das Profil nicht symmetrisch, läuft das Zahnrad ähnlich laut wie ein Stirnrad. Darüber hinaus reagiert das Profil auch am empfindlichsten auf die Steigung.
Ein Stirnradgetriebe spielt eine Schlüsselrolle bei der Kraftübertragung in industriellen Anwendungen. Die hohen Betriebsbedingungen machen es jedoch anfällig für verschiedene Fehler.
Die Leistung eines Schrägverzahnungsgetriebes hängt von der Genauigkeit der einzelnen Zahnräder ab. Dies wird durch Minimierung des Zahnflankenspiels erreicht. Eine gängige Methode zur Reduzierung des Zahnflankenspiels besteht darin, alle Zielpositionen aus einer gemeinsamen Richtung anzufahren. Dieses Vorgehen reduziert auch die Getriebegeräusche.
Die Genauigkeit eines Stirnradgetriebes lässt sich durch den Einsatz eines flexiblen elektronischen Getriebes verbessern. Dadurch kann der Verwindungsgrad reduziert und die Genauigkeit der Zahnradbearbeitung erhöht werden.
Ein Stirnradgetriebe mit elektronischer Steuerung kann die Genauigkeit der Torsionskompensation erhöhen. Es verbessert außerdem die Verbindung zwischen B-, C- und Z-Achse. Darüber hinaus gewährleistet die elektronische Steuerung die korrekte Verbindung zwischen Y-, Z- und C-Achse.
Die Genauigkeit eines Stirnradgetriebes lässt sich durch die Berechnung des Positionsfehlers des Zahnradsatzes verbessern. Steigungsabweichung und Schrägungswinkelabweichung sind zwei Arten von Positionsfehlern.

Reduzierte Vibrationen

Durch den Einsatz von Schrägverzahnungsgetrieben lassen sich Vibrationen und Geräusche reduzieren. Diese Getriebe finden in einer Vielzahl von Anwendungen Verwendung, unter anderem in Automobilgetrieben. Darüber hinaus sind sie so leise, dass sie auch in geräuschempfindlichen Umgebungen eingesetzt werden können.
Mithilfe der CZPT-Software werden drei verschiedene Getriebegehäusekonstruktionen verglichen. Die Außenabmessungen und die Masse jeder Konstruktion bleiben konstant, während die Anzahl der Längs- und Querversteifungen variiert wird. Die resultierenden Modelle werden anschließend mit experimentellen Ergebnissen verglichen. Zusätzlich wird das Eigenschwingungsverhalten dieser Modelle analysiert. Die Ergebnisse sind in Abb. 5 dargestellt.
Hinsichtlich der Geräuschreduzierung erzeugt das Zellmodell den niedrigsten Schalldruckpegel. Das Kreuzmodell hingegen erzeugt einen höheren Schalldruckpegel. Das Zellmodell erzielt zudem bessere Ergebnisse im Bereich der Spitzenwerte.
Das Eingangszahnradpaar ist die Antriebsquelle für das Ausgangszahnradpaar. Die Schwingungen des Ausgangszahnradpaares werden ebenfalls untersucht. Dies umfasst ein Phasendiagramm und ein Frequenzdiagramm. Der Einfluss des Antriebsmoments und der Ritzelgeschwindigkeit auf die Schwingungen wird numerisch analysiert. Die zeitliche Entwicklung der Normalkraft und der Schmierstoffsteifigkeit wird ebenfalls untersucht.
Die Modifikation des Eingangsritzels reduziert die Vibrationen des Eingangszahnradpaares. Diese Reduzierung wird durch die zusätzliche Lagerung der Eingangswelle erreicht.

Bearbeitet von CX am 13.11.2023